Question

雾霾已经严重影响我们的生存环境。火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染。

图22-1                   图22-2                      图22-3

（1）利用甲烷催化还原NO_x：

①CH₄(g) + 4NO₂(g) = 4NO(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)   △H₁=-574kJ•mol^-1 

②CH₄(g) + 4NO(g) = 2N₂(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)   △H₂=-1160kJ•mol^-1

甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                    。

（2）将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：

CO₂(g) + 3H₂(g) = CH₃OH(g) + H₂O(g)   △H₃

①取五份等体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1∶3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH) 与反应温度T的关系曲线（见图22-1），则上述CO₂转化为甲醇反应的△H₃        0（填“＞”、“＜”或“=”）。

②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图22-2所示。

下列说法正确的是     （填字母代号）。

A．第10min后，向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，则再次达到平衡时c(CH₃OH) =1.5 mol/L

B．达到平衡时，氢气的转化率为0.75

C．0～10分钟内，氢气的平均反应速率为0.075mol/（L•min）

D．该温度下，反应的平衡常数的值为3/16

E．升高温度将使n(CH₃OH)/n(CO₂)增大

（3）某种脱硫工艺中将烟气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。设烟气中的SO₂、NO₂的物质的量之比为1∶1，则该反应的化学方程为               。

（4）电化学降解NO₃^- 的原理如题22-3图所示。

①电源正极为        (填“A”或“B”)，阴极反应式为                      。

②若电解过程中转移了1mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(△m_左－△m_右)为      g。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=-867kJ•mol^-1  （2）①＜ ② B

（3）12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4(NH₄)₂SO₄+4NH₄NO₃

（4）①A， 2NO₃^-+6H₂O+10e^-＝N₂↑+12OH^-    ②7.2

【解析】

试题分析：（1）（①+②）÷2可得：CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=-867kJ•mol^-1

（2）①  由甲醇的体积分数φ(CH₃OH) 与反应温度T的关系曲线可以看出：当升高温度时甲醇的体积分数减小，说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应反应移动，逆反应方向是吸热反应，所以正反应为放热反应，所以△H＜0. ②  CO₂(g) + 3H₂(g) = CH₃OH(g) + H₂O(g)由图可知：反应的容器容积为1L，当反应进行到10分钟时达到平衡，此时CO₂的转化率为0.75. CH₃OH的平衡浓度为0.75mol/L.A. 此时若向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，假如平衡不发生移动，由于C（CO₂）C(H₂)都是原来的2倍，则再次达到平衡时c(CH₃OH) =1.5 mol/L。而实质上这是一个反应前后气体体积不等的可逆反应，增大反应物的浓度，也就增大了压强。增大压强化学平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动。所以当达到新的平衡时c(CH₃OH)大于1.5 mol/L。错误。B.由于在反应中CO₂和H₂是按照1:3关系反应的，投入量也是按照1:3加入的，所以再次达到平衡时，氢气的转化率不变，仍为0.75。正确。C．0～10分钟内，V(CO₂)= ΔC/Δt=0.75mol/L÷10min= 0.075mol/( L•min) .V(H₂): V(CO₂)=3:1,所以V(H₂) =3 V(CO₂)= 3×0.075mol/( L•min) = 0.225mol/( L•min).错误。D．该温度下，反应的平衡常数的值K={ c(CH₃OH)·c(H₂O)}÷{ c(CO₂)·c³(H₂)}= (0.75×0.75) ÷{0.25×(3-0.75)³}=0.1975.错误.E.由于该反应的正反应是放热反应，所以升高温度将使平衡逆向移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)减小。错误。正确选项为B。（3）该反应的化学方程为12NH₃+3O₂+4SO₂+ 4NO₂+6H₂O= 4(NH₄)₂SO₄+4NH₄NO₃（4）①  由于NO₃^- →N₂ ，得到电子，所以应该接电源的负极，作阴极。即A为电源的正极，B为电源的负极。阴极反应式为2NO₃^-+10e-+6H₂O=N₂↑+12OH-。②  电解池右侧NO₃^-转化成N₂，发生还原反应：2 NO₃^-+10e^－+6H₂O = N₂↑+ 12OH^－ ，其电极应为阴极，则左侧发生 氧化反应：2H₂O―4 e^－ =O₂↑+4H⁺，其电极作阳极，与其相连的A端为电源的正极；转移1mol电子时，左侧减少0.1molN₂，2.8g，右侧生成0.25molO₂,8g，1molH⁺，由于H+可通过质子交换膜由左侧进入右侧，则右侧电解液质量实际减少：2.8g-1g=1.8g，左侧电解液质量实际减少：8g+1g=9g，则两侧质量差为9g -1.8g=7.2g。

考点：考查盖斯定律、外界条件对化学速率、化学平衡的影响及电化学降解NO₃^- 的原理等的知识。